單級光伏逆變器的製作方法
2023-07-22 04:04:11 2
專利名稱：單級光伏逆變器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種逆變器，尤其是涉及一種單級光伏逆變器。
背景技術：
自2000年以來，併網光伏發電年平均增長率超過60%，是可再生能源技術中增長最快的技術。太陽能發電作為一種新的電能生產方式，以其無汙染、安全、資源豐富、分布廣泛等特點顯示出廣闊的發展空間和應用前景。但與此同時，由於併網逆變系統涉及諸多關鍵技術，控制系統較複雜，控制難度較大，國內目前研究和應用還不成熟，因此對併網逆變電源及其控制技術的研究成為了當前 一個重要的研究領域和發展方向。傳統的小功率光伏逆變器主要由直流升壓電路和逆變電路這兩級實現，其中逆變電路一般採用全橋式結構，由4個MOS管(每個MOS管內部寄生了反並聯的二極體)，因此構成開關器件多，並且由於兩級變換影響了整個逆變器的轉化效率，導致轉化效率較低。
實用新型內容為解決現有技術存在的問題，本實用新型提出一種單級光伏逆變器，組成元器件較少、結構簡單且轉化效率高。本實用新型採用如下技術方案實現一種單級光伏逆變器，所述逆變器包括採用Boost電路實現的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路；其中，DC-DC升壓電路包括連接在由光伏的輸出端匯總成的輸入直流電壓Udc正極的電感L1 ;通過開關S1與電感L1串接的電容C ;連接在電感L1與電容C之間的開關S1 ；依次串接後連接在電容C兩端之間的開關S2、S4和S6,且輸入直流電壓Udc的負極連接在開關S2和開關S4的公共端；而DC-AC逆變電路包括連接在開關S6和開關S4的公共端的電感Lx ;與開關次串接的開關S3和開關S5,且開關S5連接開關S6和電容C的公共端；連接在開關S3和開關S5公共端的電感Ly，且電感Lx與電感Ly之間輸出的交流電壓U0 ；通過分別控制開關S1至開關S6閉合/斷開，使DC-AC逆變電路在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態時分別形成不同的逆變迴路將輸入直流電壓Ud。轉換成交流電壓U。。其中，控制開關S1、開關S3和開關S6閉合，在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態時，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓U^+U。，其中U。為電容C兩端的電壓。其中，控制開關S1、開關S2、開關S3和開關S6閉合而開關S4和開關S5斷開，或者，控制開關S1、開關S3、開關S4和開關S6閉合而開關S2和開關S5斷開，或者，控制開關S1、開關S3、開關S6閉合而開關S2、開關S4和開關S5斷開，由電容C的正極依次經過開關S1、開關S3、電感Lx、電感Ly、開關S6和電容C的負極形成逆變迴路。[0012]其中，控制開關S1、開關S2、開關S3和開關S4閉合，或者，控制關S5和開關S6閉合，在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態時，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓Uq=O。其中，控制開關S1、開關S2、開關S3和開關S4閉合而控制關S5和開關S6斷開，由電感Lx、電感Ly、開關S4、開關S2、開關S1和開關S3形成逆變迴路。其中，控制開關S1、開關S2、開關S5和開關S6閉合而控制關S3和開關S4斷開，或者控制開關S1、開關S4、開關S5和 開關S6閉合而控制關S2和開關S3斷開，或者控制開關Si、開關S2、開關S5和開關S6斷開而控制關S3和開關S4閉合，或者控制開關S2、開關S3、開關S5和開關S6閉合而控制關S1和開關S4斷開，由電感Lx、開關S5、開關S6和電感Ly形成逆變迴路。 其中，控制開關S2、開關S4和開關S5閉合且開關S6斷開，在DC-DC升壓電路處於充磁狀態或電流斷續狀態時，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓Utj = -U。，其中U。為電容C兩端的電壓。其中，控制開關S2、開關S3、開關S4和開關S5閉合且開關S1和開關S6斷開，或者控制開關S1、開關S3和開關S6斷開且開關S2、開關S4和開關S5閉合，或者控制開關S1、開關S2、開關S4和開關S5閉合且開關S3和開關S6斷開，由電容C的正極依次經過開關S2、開關s4、電感Ly、電感Lx、開關S5和電容C的負極形成逆變迴路。與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果本實用新型提出的單級光伏逆變器，在同一級電路中實現的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路，通過控制6個開關S1至開關S6的狀態(為閉合或斷開)，使逆變電路在升壓電路處於不同狀態下形成不同的逆變迴路，實現升壓與逆變功能，將太陽能板的電壓轉換輸出。相比傳統逆變器中由4個MOS管採用全橋式結構實現的逆變電路而言，本實用新型具有電路組成元件減少，電路結構簡單且電能轉換效率較高等諸多優點。
圖I是本實用新型的電路結構示意圖。
具體實施方式
如圖I所示的電路結構示意圖，本實用新型提出一種單級光伏逆變器，其包括處於同一級電路中實現的DC-DC升壓電路(簡稱為「升壓電路」)和DC-AC逆變電路(簡稱為「逆變電路」)，通過升壓與逆變功能將太陽能板的電壓轉換輸出。光伏(太陽能電板)的輸出端在逆變器的直流側匯總成輸入直流電壓Udc,由DC-DC升壓電路將輸入直流電壓Udc,提高到DC-AC逆變電路所需的值。DC-AC逆變電路輸出逆變電壓Utj，逆變電流io。DC-DC升壓電路採用Boost電路實現。具體來說，DC-DC升壓電路包括連接在輸入直流電壓Udc的正極的電感L1 ;電容C ;連接在電感L1與電容C之間的開關S1 ;依次串接後連接在電容C兩端之間的開關S2、S4和S6 ;輸入直流電壓Udc的負極連接在開關S2和開關S4的公共端(該公共端記為B點)。DC-AC逆變電路包括通過開關&連接電感1^與開關S1公共端的電感Lx，將開關S3與電感Lx的公共端記為X點，該X點通過開關S5連接電容C與開關S6的公共端(該公共端記為N點)，開關S6和開關S4的公共端連接電感Ly，電感Lx與電感Ly分別為逆變器輸出的交流電壓Utj，其電流記為io。為了描述方便，將電感L1與開關S1的公共端記為A點，開關S2和開關S4的公共端記為P點，開關S6和開關S4的公共端記為N點。DC-DC升壓電路(或稱為Boost電路)進行升壓時，可以分為電感L1充磁、電感L1放磁、電感L1電流斷續這3個階段。同樣，逆變電路在進行逆變時也分為Uo=+Uc、Uo=0和U0=-Uc這3個階段。
Boost電路的充電過程電感L1充磁，存儲能量。通過控制器(圖I中未畫出)使開關S1和開關S2閉合、開關S4斷開，此時，從輸入直流電壓Udc的正極輸出的直流電流經過電感L1、開關S1和開關S2回到輸入直流電壓Udc的負極，電感L1上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感L1大小有關。隨著電感L1電流增加，電感L1裡儲存了一些能量，直到電感L1兩端的電壓Ul=輸入直流電壓Udc時充電完畢。Boost電路的放電過程電感L1放電，電容C充電。通過控制器(圖I中未畫出)使開關S1、開關S4和開關S6閉合、開關S2斷開,此時輸入直流電壓Udc、電感L1和電容C之間形成一個新的電流迴路。由於電感1^的電流保持特性，流經電感L1的電流不會馬上變為0，而是緩慢的由充電完畢時的值變為O。電感L1開始放電，即電感L1開始給電容C充電，電容C兩端電壓Uc升高，此時電容C兩端電壓Uc已經高於輸入直流電壓Udc 了。此時，電感L1兩端的電壓H-Uc。具體來說，當逆變UfUc時，即X點與P點相連、Y與N點相連時(即開關S1、開關S3和開關S6閉合)，Boost電路可以工作在任何狀態同時使開關S2閉合，電感L1充磁，電感L1兩端的電壓Ul=輸入直流電壓Ud。，此時，電容C的正極依次經過開關S1和開關S3連接電感Lx，同時電感Ly連接開關S6,從而逆變電路輸出逆變電壓U0等於+U。；開關S2斷開且開關34閉合時，電感L1放磁為電容C充電，電感L1兩端的電壓U^Utk-Uc，逆變電路形成的迴路仍與電感L1充磁時的迴路一致；在8008丨電路的電流斷續時，逆變電路形成的迴路仍不變。因此，當逆變U0 = +Uc時，Boost電路可以工作在任何狀態。當逆變Utj = O時，此時X點、Y點同時與P點相連，或同時與N點相連，Boost電路也可工作在任何狀態當電感L1充磁，電感L1兩端的電壓Ul=輸入直流電壓Ud。，此時，使開關S3和開關S4閉合而開關S5和開關S5斷開，或使開關S3和開關S4斷開而開關S5和開關S5閉合，逆變迴路形成不連接電容C的迴路，逆變Utj = O ;使開關S1、開關S4、開關S5和開關S6閉合且開關S3和開關S2斷開，電感L1放磁為電容C充電，電感L1兩端的電壓UfUtk-Uc,逆變迴路形成的迴路仍不連接電容C，逆變U0 = O ;使開關S1、開關S2、開關S3和開關S4斷開且開關S5和開關S6閉合，電感L1的電流斷續，逆變迴路形成的迴路仍不連接電容C，逆變U0 = O ;使開關S2、開關S3、開關S5和開關S6閉合且開關S1和開關S4斷開，輸入直流電壓Udc和電容C的電壓Uc同時給電感L1充磁，此時H+U。，逆變迴路形成的迴路仍不連接電容C，逆變Utj = O。因此，當逆變Utj = O時，Boost電路可以工作在任何狀態。當逆變U0=-Uc時，SP X點與N點相連，Y點與P點相連，此時Boost電路只能工作在電感L1充磁或者電感L1電流斷續狀態使開關S1、開關S2、開關S4和開關S5閉合且開關S3和開關S6斷開，輸入直流電壓Udc給電感L1充磁，此時^=Ud。，電容C的正極經過開關S2、開關S4連接電感Ly，而電容C的負極經過開關S5連接電感Lx，此時逆變電路的輸出電壓U0=-Uc ;使開關S2、開關S3、開關S4和開關S5閉合且開關S1和開關S6斷開,輸入直流電壓Udc和電容C的電壓Uc同時給電感L1充磁，此時H+υ。，電容C的正極經過開關S2、開關S4連接電感Ly,而電容C的負極經過開關S5連接電感Lx,此時逆變電路的輸出電壓Uo=-Uc ;使開關S1、開關S3和開關S6斷開且開關S2、開關S4和開關S5閉合，此時電感L1處於電流斷續狀態，電容C的正極經過開關S2、開關S4連接電感Ly，而電容C的負極經過開關S5連接電感Lx，此時逆變電路的輸出電壓U0=-Uco在一個工頻周期內，Uo>0且io>0時稱為正半周，Uo〈0且io〈0時稱為負半周。因此，當Uo=+Uc或Uo=O時，Boost電路可以工作任何升壓過程或狀態，即正半周時升壓電路進行升壓處理與逆變電路進行逆變處理是相互獨立的；當Uo=-Uc時，Boost電路只能工作在電感L1充磁狀態，因此在負半周時升壓與逆變不獨立。
在逆變的負半周，逆變電路輸出電壓Uo=-Uc,且Boost電路只能工作在電感L1充磁狀態(電感L1處於電流連續狀態)或電流斷續狀態，此時Boost電路的升壓過程與逆變電路的逆變過程兩者不相互獨立。綜上，本實用新型提出的單級光伏逆變器，在同一級電路中實現的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路，通過控制6個開關S1至開關S6的狀態(為閉合或斷開)，使逆變電路在升壓電路處於不同狀態下形成不同的逆變迴路，實現升壓與逆變功能，將太陽能板的電壓轉換輸出。相比傳統逆變器中由4個MOS管採用全橋式結構實現的逆變電路而言，本實用新型具有電路組成元件減少，電路結構簡單且電能轉換效率較高等諸多優點。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種單級光伏逆變器，其特徵在於，所述逆變器包括採用Boost電路實現的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路；其中，DC-DC升壓電路包括連接在由光伏的輸出端匯總成的輸入直流電壓Udc正極的電感L1 ;通過開關S1與電感L1串接的電容C ;連接在電感L1與電容C之間的開關S1 ;依次串接後連接在電容C兩端之間的開關S2、S4和S6，且輸入直流電壓Udc的負極連接在開關S2和開關S4的公共端；而DC-AC逆變電路包括連接在開關S6和開關S4的公共端的電感Lx ;與開關S1依次串接的開關S3和開關S5,且開關S5連接開關S6和電容C的公共端；連接在開關S3和開關S5公共端的電感Ly，且電感Lx與電感Ly之間輸出的交流電壓U0 ；通過分別控制開關S1至開關S6閉合/斷開，使DC-AC逆變電路在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態時分別形成不同的逆變迴路將輸入直流電壓Ud。轉換成交流電壓U00
2.根據權利要求I所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S1、開關S3和開關S6閉合，在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態吋，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓U^+U。，其中U。為電容C兩端的電壓。
3.根據權利要求2所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S1、開關S2、開關S3和開關S6閉合而開關S4和開關S5斷開，或者，控制開關S1、開關S3、開關S4和開關S6閉合而開關S2和開關S5斷開，或者，控制開關S1、開關S3、開關S6閉合而開關S2、開關S4和開關S5斷開，由電容C的正極依次經過開關S1、開關S3、電感Lx、電感Ly、開關S6和電容C的負極形成逆變迴路。
4.根據權利要求I所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S1、開關も、開關S3和開關S4閉合，或者，控制關S5和開關S6閉合，在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態吋，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓UQ=0。
5.根據權利要求4所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S1、開關S2、開關S3和開關S4閉合而控制關S5和開關S6斷開，由電感Lx、電感Ly、開關S4、開關S2、開關S1和開關S3形成逆變迴路。
6.根據權利要求4所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S1、開關S2、開關S5和開關S6閉合而控制關S3和開關S4斷開，或者控制開關S1、開關S4、開關S5和開關S6閉合而控制關S2和開關S3斷開，或者控制開關S1、開關S2、開關S5和開關S6斷開而控制關S3和開關S4閉合，或者控制開關S2、開關S3、開關S5和開關S6閉合而控制關S1和開關S4斷開，由電感Lx、開關S5、開關S6和電感Ly形成逆變迴路。
7.根據權利要求I所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S2、開關S4和開關S5閉合且開關S6斷開，在DC-DC升壓電路處於充磁狀態或電流斷續狀態吋，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓Utj = -U。，其中U。為電容C兩端的電壓。
8.根據權利要求7所述單級光伏逆變器，其特徵在於，控制開關S2、開關S3、開關S4和開關S5閉合且開關S1和開關S6斷開，或者控制開關S1、開關S3和開關S6斷開且開關S2、開關S4和開關S5閉合，或者控制開關S1、開關S2、開關S4和開關S5閉合且開關S3和開關S6斷開，由電容C的正極依次經過開關S2、開關S4、電感Ly、電感Lx、開關S5和電容C的負極形成逆變迴路。
專利摘要本實用新型公開一種單級光伏逆變器，包括採用Boost電路實現的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路；其中DC-AC逆變電路包括連接在開關S6和開關S4的公共端的電感Lx；與開關S1依次串接的開關S3和開關S5，且開關S5連接開關S6和電容C的公共端；連接在開關S3和開關S5公共端的電感Ly，且電感Lx與電感Ly之間輸出的交流電壓UO；通過分別控制開關S1至開關S6閉合/斷開，使DC-AC逆變電路在DC-DC升壓電路處於充磁狀態、放磁狀態或電流斷續狀態時分別形成不同的逆變迴路將輸入直流電壓Udc轉換成交流電壓UO。本實用新型具有電路組成元件減少，電路結構簡單且電能轉換效率較高等諸多優點。
文檔編號H02M7/48GK202617031SQ201220243599
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者延匯文 申請人:深圳科士達科技股份有限公司